第二节 存储器结构

MCS-51单片机的存储器结构与常见的微型计算机的配置方式不同，它把程序存储器与数据存储器分开编址，各有自己的寻址方式、控制信号和功能。MCS-51单片机的存储器结构如图2-6所示。

图2-6 MCS-51单片机的存储器结构

一、程序存储器

MCS-51的程序存储器空间为64KB，其地址指针为16位的程序计数器PC，程序存储器如图2-6（a）所示。低4KB的程序存储器（某些单片机为8KB或16KB）可以在单片机的内部也可以在单片机的外部，这是由输入到引脚EA的电平所确定的。

对于内部有4KB程序存储器的单片机（如8051或8751），若EA接V_CC（+5V），则

程序计数器PC的值在0～0FFFH之间时，CPU取指令时访问内部的程序存储器；PC值大于0FFFH时，则访问外部的程序存储器。如果EA接V_SS（地），则内部的程序存储器被忽略，CPU总是从外部的程序存储器中取指令。MCS-51的引脚PSEN输出外部程序存储器的读选通信号，仅当CPU访问外部程序存储器时，PSEN才有效。

对于内部没有程序存储器的单片机（如8031）必须在外部接程序存储器，引脚EA必须接地。

二、内部数据存储器RAM

MCS-51单片机内部RAM的空间为256B，但实际提供给用户使用的RAM容量，各个不同型号的单片机是不同的，有的为128B（如8051），有的为256B（如8032）。内部RAM中不同的地址区域从功能和用途方面来分，可以划分为如图2-6（b）所示的三个区域：工作寄存器区、位寻址区、堆栈和数据缓冲器区。

内部RAM的00H～1FH为四组工作寄存器，每个区有八个工作寄存器R0～R7。寄存器和RAM单元地址对应关系如表2-2所示。

表2-2

工作寄存器和RAM单元地址对应关系

四个寄存器组中的每一组都可被选为CPU的工作寄存器，这是通过程序状态字寄存

器PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）两位的状态来选择确定的，见表2-3。通

过程序改变RS1、RS0的状态，就可更换工作寄存器组，这对提高CPU的工作效率和响应中断的速度是很有利的。

表2-3

工作寄存器区选择

内部RAM中的20H～2FH单元除可作为一般的字节寻址单元使用外，这16个单元共128位中的每一位又可单独视作一个软件触发器，用于存放各种程序标志、位控制变量，具有位寻址功能，其位地址范围为00H～7FH。

字节地址为30H～7FH（或30H～0FFH）的这部分存储区域可作为8位数据缓冲区使用。一般用户把堆栈就设置在这部分区域中。

内部RAM中除了作为工作寄存器、位标志和堆栈区以外的单元都可以作为数据缓冲器使用，存放输入的数据或运算结果。

三、特殊功能寄存器SFR

MCS-51内部的I/O口锁存器以及定时器、串行口、中断等各种控制和状态寄存器都称为特殊功能寄存器，它们离散地分布在80H～0FFH的特殊功能寄存器地址空间。在这空间中有些单元是空着的，这些单元是为MCS-51的新型单片机保留的。不同型号的单片机内部I/O功能不同，实际存在的特殊功能寄存器数量差别较大。MCS-51最基本的特殊功能寄存器列于表2-4中。其中带^*的是8052所增加的特殊功能寄存器。

表2-4

特殊功能寄存器地址映象

这些特殊功能寄存器在以后的I/O口、定时器、串行口和中断等章节中作详细的讨论。

四、位存储器

位存储器空间由两部分组成：一部分是在内部RAM中字节地址为20H～2FH的128个位，这些位编址为00H～7FH，如表2-5所示；另一部分在特殊功能寄存器中，其中地址码能被8整除的特殊功能寄存器，可以按位寻址，如表2-6所示。

表2-5

RAM位寻址区地址映象

表2-6

特殊功能寄存器位地址映象

续表

五、外部数据存储器和I/O口

MCS-51的外部RAM存储器和输入/输出端口是统一编址的，都在同一个64KB外部数据存储器空间内，如图2-6（c）所示，CPU对它们具有相同操作功能。